Advanced Iridium-Based Catalysts: Design and Characterization for Unitized Regenerative Fuel Cells and Water Electrolyzers

Abstract

Title: Advanced Iridium-Based Catalysts: Design and Characterization for Unitized Regenerative Fuel Cells and Water Electrolyzers. Author: Mgr. Lucinda Blanco Redondo. Department: Department of Surface and Plasma Science, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University. Supervisor: Mgr. Yevheniia Lobko, Ph.D. Abstract: Developing efficient and durable bifunctional catalysts is essential for advancing hydrogen production and energy storage technologies, including Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers (PEMWE) and Unitized Regenerative Fuel Cells (URFCs). This doctoral thesis investigates iridium-based catalysts, focusing on iridium-decorated platinum nanoparticles for URFCs and titanium-supported iridium nanoparticles for PEMWEs. Iridium-decorated platinum nanoparticles with several Ir-to-Pt ratios (Ir10/Pt90, Ir20/Pt80, and Ir40/Pt60) were studied to determine the catalyst composition that optimizes the performance for oxygen reduction (ORR) and evolution reactions (OER). Among these, Ir40/Pt60 exhibited the highest OER mass activity (571.4 mA mgIr⁻¹), while Ir20/Pt80 demonstrated enhanced bifunctional efficiency (57.7%), making it the most promising URFC catalyst. For PEMWEs, iridium nanoparticles supported on TiO2, TiC, and TiN were evaluated. Ir/TiO2 and Ir/TiC achieved improved OER...

Název práce: Pokročilé Katalyzátory na Bázi Iridia: Návrh a Charakterizace pro Unifikované Regenerační Palivové Články a Vodní Elektrolyzéry. Autor: Mgr. Lucinda Blanco Redondo. Katedra/Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu, Matematicko-fyzikální fakulta, Univerzita Karlova. Vedoucí: Mgr. Yevheniia Lobko, Ph.D. Abstrakt: Vývoj účinných a odolných bifunkčních katalyzátorů je klíčový pro pokrok v technologiích výroby vodíku a ukládání energie, včetně protonově vodivé membránové vodní elektrolýzy (PEMWE) a unifikovaných regeneračních palivových článků (URFCs). Tato dizertační práce se zaměřuje na katalyzátory na bázi iridia, konkrétně na iridiem dekorované platinové nanočástice pro URFC a nanočástice iridia na titanových nosičích pro PEMWE. Studovány byly iridiem dekorované platinové nanočástice s různými poměry Ir/Pt (Ir10/Pt90, Ir20/Pt80 a Ir40/Pt60), aby se určilo optimální složení katalyzátoru pro reakci redukce kyslíku (ORR) a reakci evoluce kyslíku (OER). Z těchto variant vykazoval Ir40/Pt60 nejvyšší hmotnostní aktivitu pro OER (571,4 mA mgIr -1 ), zatímco Ir20/Pt80 dosáhl nejvyšší bifunkční účinnosti (57,7 %), což z něj činí nejperspektivnější katalyzátor pro URFC. V případě PEMWE byly analyzovány nanočástice iridia na podpůrných materiálech TiO2, TiC a TiN. Katalyzátory Ir/TiO2 a Ir/TiC vykazovaly...